基于虛擬現(xiàn)實技術的煤礦通風機實訓裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于虛擬現(xiàn)實技術的煤礦通風機實訓裝置，該裝置包括：上位機煤礦通風機運行三維虛擬仿真軟件模塊、下位機煤礦通風機操作臺模塊、上下位機通信控制模塊。本發(fā)明通過現(xiàn)代多媒體技術、虛擬現(xiàn)實技術、三維動畫、嵌入式計算機控制技術等，按照煤礦通風機操作臺實際應用來制作，對煤礦通風機工作原理、操控技能、通風路徑等進行三維仿真，實現(xiàn)煤礦通風機崗位工、信號工、維修工等的模擬操作訓練，臨場感強，培訓效果好，安全可靠，降低了培訓成本。此外，本發(fā)明結構簡單，操作方便，實現(xiàn)煤礦通風機相關人員和工種在對煤礦通風機結構原理、啟停、運行、突發(fā)事故處理、日常保養(yǎng)維修等知識技能進行理論學習、模擬練習和在線考試的功能。
【專利說明】基于虛擬現(xiàn)實技術的煤礦通風機實訓裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于煤礦通風機和相關人員進行仿真培訓【技術領域】，尤其涉及一種煤礦通風機崗位工培訓虛擬實操裝置。
【背景技術】
[0002]目前煤礦通風機和相關人員操作培訓，主要靠課堂講授和“傳幫帶”方式進行，另一方面靠投資修建的實操基地方式，理論培訓主要靠教師課堂教學，脫離井下環(huán)境，內容較為抽象，培訓效果較差；傳幫帶方式，學習過程中存在安全隱患，設備誤操作甚至會帶來嚴重的安全事故，另外該學習方法效率不高且受到師傅的水平和素質影響，按照井下模式修建實操基地的做法，投資大、只適合單一、小型系統(tǒng)，對于像煤礦通風機系統(tǒng)實操基地的建設是不經(jīng)濟和不現(xiàn)實。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明實施例的目的在于提供一種煤礦通風機虛擬實操系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有的煤礦通風機操作培訓存在的脫離井下環(huán)境，內容較為抽象，培訓效果較差和成本高的問題。
[0004]本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種煤礦通風機操作工虛擬實操裝置，該煤礦通風機操作工虛擬實操系統(tǒng)包括:
用于為煤礦通風機操作工虛擬實訓操作系統(tǒng)提供煤礦通風機運行虛擬場景，對操作進行仿真模擬的上位機軟件模塊；
用于實現(xiàn)對上位機中的虛擬煤礦通風機進行啟動、停止、通信、報警、緊急制動、瓦斯超限閉鎖響應等操作的，按照實際煤礦通風機操作臺制作的下位機硬件模塊。
[0005]通過通信控制模塊連接上位機和下位機，用于實現(xiàn)上位機漫游、下位機操控上位機中的虛擬煤礦通風機的功能。
[0006]進一步，上位機軟件模塊還包括:計算機、顯示終端、煤礦通風機三維仿真軟件模塊；
計算機用于為仿真模擬提供運算和實施平臺；
顯示終端與計算機連接，用于對計算機的仿真模擬結果進行顯示；
煤礦通風機三維場景仿真軟件模塊，安裝在計算機中，用于在計算機上運行仿真模擬的場景，并提出規(guī)范化的要求，實現(xiàn)對煤礦通風機結構原理、啟動停止、倒風、通信、報警、緊急制動、瓦斯超限閉鎖響應等三維仿真。
[0007]進一步，下位機模塊還包括:啟動停止操作模塊、聲光信號操作模塊、運行狀態(tài)顯示模塊、緊急制動模塊；
啟動停止操作模塊用于實現(xiàn)操作工對煤礦通風機的啟停、進退的操作功能；
聲光信號操作模塊用于啟停、特殊情況的警示提醒作用；
緊急制動模塊用于常見突發(fā)事故模擬時緊急制動功能；
運行狀態(tài)顯示模塊，顯示電壓、電流、速度、時間、溫度、瓦斯含量等信息功能。[0008]進一步,操作模塊包括I個操作手柄，2個控制按鈕,6個指示燈，I個剎車板、I個緊急剎車；
I個操作手柄分別實現(xiàn)倒風控制，2個控制按鈕分別實現(xiàn)啟動停止等控制功能，6個指示燈反映各種運行狀態(tài)，I個剎車板用來停機，I個緊急剎車用來緊急情況下停機。
[0009]本發(fā)明的另一目的在于提供一種煤礦通風機仿真操作模塊的設計方法，該仿真操作模塊的設計方法包括以下步驟:
一種仿真操作模塊的設計方法，其特征在于，該仿真操作模塊的設計方法包括以下步
驟:
建立煤礦通風機井下運行場景的三維仿真系統(tǒng)，首先通過采用三維建模工具，將井下運輸巷道、軌道、煤礦通風機系統(tǒng)等進行三維建模，構建煤礦通風機運行的三維場景；采用與實際操作臺外觀一樣的設計進行操作臺的制作；
采用單片機系統(tǒng)實現(xiàn)操作臺下位機與包括煤礦通風機運行的三維場景在內的上位機進行通信，從而達到培訓煤礦通風機操作人員的目的。
[0010]本發(fā)明提供的煤礦通風機操作工虛擬實操系統(tǒng)，通過虛擬現(xiàn)實、三維動畫、計算機控制等技術，按照1:1制作操作臺，再現(xiàn)煤礦通風機在井下操作環(huán)境，對設備結構工作原理、操作過程進行仿真，將井下設備搬到課堂，根本上改變了煤礦通風機相關工種技能培訓模式。本發(fā)明旨在開發(fā)煤礦通風機崗位工虛擬實操系統(tǒng)，用于煤礦通風機系統(tǒng)仿真培訓，可以實現(xiàn)煤礦通風機崗位工的單人和多人模擬訓練，直觀性強，培訓效果好，降低了培訓成本。此外，本發(fā)明結構簡單，操作方便，同時還能根據(jù)煤礦通風機的種類，實現(xiàn)一套系統(tǒng)培訓多種煤礦通風機崗位工操作的目的。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)異效果:
1、手段創(chuàng)新，效果良好，采用現(xiàn)代三維仿真技術，模擬真實操作環(huán)境，實現(xiàn)人機交互操作，對煤礦通風機的操作技術要求、基本結構、工作原理、故障處理等都能在模擬的三維環(huán)境下進行展現(xiàn)，該發(fā)明采用先進的虛擬現(xiàn)實技術、人機交互等先進技術，培訓手段新，直觀性強，能有效提高培訓效果；
2、降低成本，節(jié)約經(jīng)費。該煤礦通風機崗位工虛擬實訓操作臺為一次性投入，在長期的煤礦通風機崗位工和相關人員進行系統(tǒng)培訓中可以重復使用，培訓內容可以無限增加，也可以根據(jù)具體礦井情況進行修改，相比部分礦井建立“實訓基地”的方式來說投入較低，另夕卜，培訓環(huán)境采用計算機仿真技術再現(xiàn)，相對于“傳幫帶”方式則顯得更加安全可靠；
3、可以實現(xiàn)多工種協(xié)同操作，本操作臺通過主控計算機，能夠實現(xiàn)煤礦通風機單人和多車會車的協(xié)同模擬操作，這比各個工種單獨通過理論、現(xiàn)場操作等培訓方式更加直接，效果更加良好；
4、有利于縮短培訓周期，更有利于提高培訓合格率，該操作臺可以根據(jù)礦上的具體情況，可以定制開發(fā)，也不存在安全隱患，培訓方式更加先進，受訓人員興趣更高，效果良好，能夠使培訓的周期明顯縮短，培訓合格率也能得到提高；
5、培訓內容更加豐富，有利于煤礦安全生產(chǎn)與事故隱患處理的統(tǒng)一協(xié)調。本實訓操作臺采用軟硬件結合方式，實際煤礦通風機系統(tǒng)所有的操作技術要求均能夠模擬仿真，對一些安全事故、隱患處理、故障診斷等也能夠進行模擬仿真，使安全事故切實看得見，培訓內容可以無限豐富，也有利于煤礦安全生產(chǎn)與事故隱患處理的統(tǒng)一協(xié)調。[0012]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明實施例提供的煤礦通風機操作工虛擬實操系統(tǒng)的結構示意圖；
圖2是本發(fā)明實施例提供的仿真操作模塊的設計流程圖；
圖中:1、上位機模塊；1_1、計算機；1_2、顯示終端；1_3、煤礦通風機三維仿真操作軟件模塊；2、下位機模塊；2_1、操作模塊；2_1_1、控制按鈕；2_1_2、操作手柄；2_1_3、顯不模塊；
2-2、煤礦通風機崗位工操作控制通信模塊；3、上下位機通信模塊。
[0014]
【具體實施方式】
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0016]圖1示出了本發(fā)明提供的煤礦通風機虛擬實操系統(tǒng)結構。為了便于說明，僅僅示出了與本發(fā)明相關的部分。
[0017]本發(fā)明實施例的煤礦通風機操作工虛擬實操系統(tǒng)，該煤礦通風機操作工虛擬實操系統(tǒng)包括:
用于為煤礦通風機操作工虛擬實訓操作系統(tǒng)提供煤礦通風機運行虛擬場景，對絞車操作進行仿真模擬的上位機模塊；
用于實現(xiàn)對上位機中的虛擬煤礦通風機進行啟動、停止、倒風、通信、報警、緊急制動、瓦斯超限閉鎖響應等操作的，按照1:1比例制作的煤礦通風機操作臺的下位機模塊。
[0018]通過通信控制模塊連接上位機和下位機，用于實現(xiàn)上位機漫游、下位機操控上位機中的虛擬煤礦通風機系統(tǒng)的功能。
[0019]作為本發(fā)明實施例的一優(yōu)化方案，上位機模塊還包括:計算機、顯示終端、三維仿真操作軟件模塊；
計算機用于為仿真模擬提供運算和實施平臺；
顯示終端與計算機連接，用于對計算機的仿真模擬結果進行顯示；
三維場景仿真軟件模塊，安裝在計算機中，用于在計算機上運行仿真模擬的場景，并提出規(guī)范化的要求，實現(xiàn)對煤礦通風機結構原理、啟動停止、倒風、通信、報警、緊急制動、瓦斯超限閉鎖響應等三維仿真。
[0020]下位機模塊還包括:啟動停止操作模塊、聲光信號操作模塊、煤礦通風機運行狀態(tài)顯示模塊、緊急制動模塊；
啟動停止操作模塊用于實現(xiàn)操作工對煤礦通風機的啟停的操作功能；
聲光信號操作模塊用 于啟停、特殊情況的警示提醒作用；
緊急制動模塊用于常見突發(fā)事故模擬時緊急制動功能；
煤礦通風機運行狀態(tài)顯示模塊，顯示煤礦通風機電壓、電流、速度、時間、瓦斯含量、溫度等信息功能。
[0021]下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明的應用原理作進一步描述。[0022]如圖1所示，本發(fā)明實施例的煤礦通風機操作工虛擬實操系統(tǒng)主要由上位機模塊
1、計算機1-1、顯示終端1-2、煤礦通風機三維仿真軟件模塊1-3、下位機模塊2、操作工操作模塊2-1、控制按鈕2-1-1、操作手柄2-1-2、顯示模塊2-1-3、煤礦通風機操作工操作控制通信模塊2-2、通信控制模塊3組成；
上位機模塊I用于為虛擬實訓操作系統(tǒng)提供軟件平臺，對操作進行仿真模擬；
上位機模塊I還包括:計算機1-1、顯示終端1-2、煤礦通風機三維仿真軟件模塊1-3 ； 計算機1-1用于為仿真模擬提供運算和實施平臺；
顯示終端1-2與計算機1-1連接，用于對計算機1-1的仿真模擬結果進行顯示；
煤礦通風機三維仿真軟件模塊1-3，與計算機1-1連接，用于在計算機1-1上，運行煤礦通風機三維仿真畫面，并提出規(guī)范化的要求，實現(xiàn)對煤礦通風機運行狀態(tài)、模式選擇、操作效果等進行三維仿真；
下位機模塊2，通過數(shù)模轉換模塊3連接上位機模塊1，用于為計算機1-1提供硬件支持，將操作信號傳送至計算機I ;
下位機模塊2還包括:操作工操作模塊2-1、操作工操作控制通信模塊2-2 ；
操作工操作模塊2-1用于實現(xiàn)操作員對煤礦通風機的操作功能；主要包括I個操作手柄2-1-2，負責煤礦通風機倒風，2個控制按鈕2-1-1，負責煤礦通風機啟停，6個指示燈，分別表示電量、瓦斯、溫度、備用；1個剎車板、I個緊急剎車；1個剎車板用來停機，I個緊急剎車用來緊急情況下停機。煤礦通風機操作工操作控制通信模塊2-2與操作工操作模塊2-1連接，用于實現(xiàn)操作工操作模塊2-1的通訊控制；
如圖2所示，本發(fā)明實施例的仿真操作模塊的設計流程包括以下步驟:
如圖2中201所示，建立煤礦通風機運行場景的三維仿真系統(tǒng)，首先通過采用三維建模工具，將井下通風巷道、煤礦通風機系統(tǒng)等進行三維建模，構建煤礦通風機運行的三維場
旦
牙、；
圖2中202所示，采用與實際操作工操作臺外觀一樣的設計進行操作臺的制作；
圖2中203所示，采用單片機系統(tǒng)實現(xiàn)操作臺下位機與煤礦通風機運作的三維場景上位機進行通信，從而達到培訓煤礦通風機操作工的功能。
[0023]本發(fā)明提供的煤礦通風機操作工虛擬實操系統(tǒng)，通過虛擬現(xiàn)實、三維動畫、計算機控制等技術，按照1:1制作煤礦通風機操作工操作臺，再現(xiàn)煤礦通風機操作環(huán)境，對設備結構工作原理、操作過程、井下通風系統(tǒng)進行仿真，將仿真設備搬到課堂，也可以實現(xiàn)煤礦通風機的多人協(xié)同操作，根本上改變了煤礦通風機操作工操作培訓模式。本發(fā)明旨在開發(fā)煤礦通風機操作工虛擬實操系統(tǒng)，用于煤礦通風機系統(tǒng)仿真培訓，可以實現(xiàn)煤礦通風機操作工的單人和多人模擬訓練，直觀性強，培訓效果好，降低了培訓成本。此外，本發(fā)明結構簡單，操作方便，實現(xiàn)了煤礦通風機操作工的單人和多人多車等情況下的模擬訓練，同時還能根據(jù)煤礦通風機的種類，實現(xiàn)一套系統(tǒng)培訓多種煤礦通風機操作工操作的目的。
[0024]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種基于虛擬現(xiàn)實技術的煤礦通風機實訓裝置其特征在于，煤礦通風機操作工虛擬實操系統(tǒng)包括: 用于為煤礦通風機操作工虛擬實訓操作系統(tǒng)提供煤礦通風機運行虛擬場景，對操作進行仿真模擬的上位機三維仿真虛擬模塊； 用于實現(xiàn)對上位機中的虛擬煤礦通風機進行啟動、停止、緊急制動、瓦斯超限閉鎖響應等操作的，按照煤礦通風機實際情況制作的操作臺即下位機模塊。
2.通過通信控制模塊連接上位機和下位機，用于實現(xiàn)上位機漫游、下位機操控上位機中的虛擬煤礦通風機。
3.如權利要求1所述的煤礦通風機虛擬實操裝置，其特征在于，上位機模塊還包括:計算機硬件、顯示終端、煤礦通風機三維場景仿真軟件模塊； 計算機用于為仿真模擬提供運算和實施平臺； 顯示終端與計算機連接，用于對計算機的仿真模擬結果進行顯示； 三維場景仿真軟件模塊，安裝在計算機中，用于在計算機上運行仿真模擬的場景，并提出規(guī)范化的要求，實現(xiàn)對煤礦通風機結構原理、啟動停止、通信聯(lián)絡、緊急制動、瓦斯超限閉鎖響應等三維仿真。
4.如權利要求1所述的煤礦通風機崗位工虛擬實操裝置，其特征在于，下位機模塊還包括:崗位工啟動停止操作模塊、操作工聲光信號操作模塊、煤礦通風機運行狀態(tài)顯示模塊、緊急制動模塊； 煤礦通風機操作工啟動停止操作模塊用于實現(xiàn)對煤礦通風機的啟停的操作功能； 煤礦通風機聲光信號操作模塊用于啟停、特殊情況的警示提醒作用； 緊急制動模塊用于常見突發(fā)事故模擬時緊急制動功能； 煤礦通風機運行狀態(tài)顯示模塊，顯示煤礦通風機耗電量、電壓、電流、速度、時間、瓦斯含量等信息功能。
5.如權利要求3所述的煤礦通風機虛擬實操裝置，其特征在于，操作工操作模塊包括I個操作手柄，2個控制按鈕，6個指示燈，I個剎車板、I個緊急剎車； I個操作手柄分別實現(xiàn)倒風控制，2個控制按鈕分別實現(xiàn)啟動停止等控制功能，6個指示燈反映各種運行狀態(tài)，I個剎車板用來停機，I個緊急剎車用來緊急情況下停機。
6.一種仿真操作模塊的設計方法，其特征在于，該仿真操作模塊的設計方法包括以下步驟: 建立煤礦通風機運行場景的三維仿真系統(tǒng)，首先通過采用三維建模工具，將井下通風巷道、煤礦通風機系統(tǒng)等進行三維建模，構建煤礦通風機運行的三維場景； 制作能夠實現(xiàn)對上位機中的煤礦通風機運行進行控制的操作臺下位機系統(tǒng)； 采用單片機系統(tǒng)實現(xiàn)操作臺下位機與煤礦通風機運行三維場景的上位機進行通信，從而達到培訓煤礦通風機相關工種技能的功能。
【文檔編號】G09B25/02GK103915031SQ201410000158
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年1月2日 優(yōu)先權日:2014年1月2日
【發(fā)明者】王大虎, 王敬沖, 劉海洋, 陳文博, 史艷楠 申請人:河南理工大學